JPH0943537A - レーザビーム合成装置 - Google Patents
レーザビーム合成装置Info
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- JPH0943537A JPH0943537A JP21411795A JP21411795A JPH0943537A JP H0943537 A JPH0943537 A JP H0943537A JP 21411795 A JP21411795 A JP 21411795A JP 21411795 A JP21411795 A JP 21411795A JP H0943537 A JPH0943537 A JP H0943537A
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- laser
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 多数の半導体レーザ光源からのレーザビーム
を高効率にかつビーム集光性の劣化を起こすことなく合
成するレーザビーム合成装置を提供する。 【構成】 １つのレーザビーム１４ｄをミラー１３ｄで
反射させ、そのレーザビーム１４ｄの周りに、このレー
ザビームと進行方向及び中心軸を共通とする複数の円環
状レーザビームをビーム径変換器１２ａ〜１２ｃ及び開
口ミラー１３ａ〜１３ｃを用いて合成する。開口ミラー
１３ｃはレーザビーム１４ｄのビーム径と一致する開口
部を有し、開口ミラー１３ｂはレーザビーム１５ｃのビ
ーム径と一致する開口部を有し、開口ミラー１３ａはレ
ーザビーム１５ｂと一致する開口径を有する。円環状レ
ーザビームは、１対の円錐ミラー２０１ａ及び２０２
ａ、あるいは円錐レンズ４１、５１によって生成するこ
ともできる。
を高効率にかつビーム集光性の劣化を起こすことなく合
成するレーザビーム合成装置を提供する。 【構成】 １つのレーザビーム１４ｄをミラー１３ｄで
反射させ、そのレーザビーム１４ｄの周りに、このレー
ザビームと進行方向及び中心軸を共通とする複数の円環
状レーザビームをビーム径変換器１２ａ〜１２ｃ及び開
口ミラー１３ａ〜１３ｃを用いて合成する。開口ミラー
１３ｃはレーザビーム１４ｄのビーム径と一致する開口
部を有し、開口ミラー１３ｂはレーザビーム１５ｃのビ
ーム径と一致する開口部を有し、開口ミラー１３ａはレ
ーザビーム１５ｂと一致する開口径を有する。円環状レ
ーザビームは、１対の円錐ミラー２０１ａ及び２０２
ａ、あるいは円錐レンズ４１、５１によって生成するこ
ともできる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数のレーザ光源
からのレーザ光を合成する方法及び装置に係り、特に固
体レーザ媒質を励起するための励起光の合成方法及び装
置に関する。
からのレーザ光を合成する方法及び装置に係り、特に固
体レーザ媒質を励起するための励起光の合成方法及び装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】高効率かつ高出力の固体レーザを実現す
る方法として、半導体レーザを励起光源として用いた固
体レーザ装置の研究開発が広く行われている。このよう
な固体レーザでは、励起光のパワー密度を増大させるこ
とで固体レーザ出力を増大させることができる。しか
し、半導体レーザは、現在、単体で１０Ｗクラスが上限
であるために、１００Ｗクラスの固体レーザを実現する
ためには、複数の励起用半導体レーザ光を効率よく合成
して固体レーザへ照射することが必要である。
る方法として、半導体レーザを励起光源として用いた固
体レーザ装置の研究開発が広く行われている。このよう
な固体レーザでは、励起光のパワー密度を増大させるこ
とで固体レーザ出力を増大させることができる。しか
し、半導体レーザは、現在、単体で１０Ｗクラスが上限
であるために、１００Ｗクラスの固体レーザを実現する
ためには、複数の励起用半導体レーザ光を効率よく合成
して固体レーザへ照射することが必要である。
【０００３】レーザビーム合成法としては、コヒーレン
ト合成法と非コヒーレント合成法とがある。コヒーレン
ト合成法は、基本的には複数の励起ビームの位相を合わ
せるフェーズロック（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｉｎｇ）の
手法が適用される。非コヒーレント合成法には、偏光合
成、ファイババンドル合成、回折合成、空間合成の手法
がある。ファイババンドル合成法の適用例は、米国特許
第４，８２０，０１９号にＤ．Ｒ．Ｓｃｉｆｒｅｓによ
って開示されている。
ト合成法と非コヒーレント合成法とがある。コヒーレン
ト合成法は、基本的には複数の励起ビームの位相を合わ
せるフェーズロック（ｐｈａｓｅ ｌｏｃｋｉｎｇ）の
手法が適用される。非コヒーレント合成法には、偏光合
成、ファイババンドル合成、回折合成、空間合成の手法
がある。ファイババンドル合成法の適用例は、米国特許
第４，８２０，０１９号にＤ．Ｒ．Ｓｃｉｆｒｅｓによ
って開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、コヒー
レント合成法では、高出力の半導体レーザを用いると熱
的な撹乱が大きいために、十分なレーザビーム合成効率
を得ることができない。
レント合成法では、高出力の半導体レーザを用いると熱
的な撹乱が大きいために、十分なレーザビーム合成効率
を得ることができない。
【０００５】非コヒーレント合成法のうち偏光合成法は
高い効率が得られるものの、２本のビームしか合成でき
ないという難点がある。また、ファイババンドル合成法
は、構成が簡単でコンパクトであるが、合成効率が７０
〜８０％程度で十分に高いとはいえない。その上、合成
されたビームの指向性及びコヒーレンスは合成前のレー
ザビームに比べて劣化するため、固体レーザ励起時の集
光性が劣化するという問題がある。
高い効率が得られるものの、２本のビームしか合成でき
ないという難点がある。また、ファイババンドル合成法
は、構成が簡単でコンパクトであるが、合成効率が７０
〜８０％程度で十分に高いとはいえない。その上、合成
されたビームの指向性及びコヒーレンスは合成前のレー
ザビームに比べて劣化するため、固体レーザ励起時の集
光性が劣化するという問題がある。
【０００６】このように、従来の技術では多数の半導体
レーザ光源からのレーザビームを高効率にかつビーム集
光性の劣化を起こすことなく合成することが困難であっ
た。
レーザ光源からのレーザビームを高効率にかつビーム集
光性の劣化を起こすことなく合成することが困難であっ
た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によるレーザビー
ム合成装置は、第１レーザビームを一定方向に反射する
第１反射手段と、第１レーザビームを除く他のレーザビ
ームをレーザビーム毎に径が順次変化する円環状レーザ
ビームに変換するビーム変換手段と、径が小さい円環状
レーザビームが径の大きい円環状レーザビームによって
順次取り巻かれるように複数の円環状レーザビームを第
１レーザビームに順次合成するビーム合成手段と、から
なることを特徴とする。
ム合成装置は、第１レーザビームを一定方向に反射する
第１反射手段と、第１レーザビームを除く他のレーザビ
ームをレーザビーム毎に径が順次変化する円環状レーザ
ビームに変換するビーム変換手段と、径が小さい円環状
レーザビームが径の大きい円環状レーザビームによって
順次取り巻かれるように複数の円環状レーザビームを第
１レーザビームに順次合成するビーム合成手段と、から
なることを特徴とする。
【０００８】また、第１レーザビームを除く他のレーザ
ビームをレーザビーム毎に径が順次変化するレーザビー
ムに変換するビーム径変換手段と、他のレーザビームの
各々に対応しレーザビーム毎に径が順次変化する開口部
をそれぞれ有する複数段のミラーと、を有し、各ミラー
の開口部は下段の合成レーザビームの径に一致し下段の
合成レーザビームの光軸と一致するようにミラーに対応
するレーザビームを円環状に反射して下段の合成レーザ
ビームと合成することにより、径が小さい円環状レーザ
ビームが径の大きい円環状レーザビームによって順次取
り巻かれるように複数の円環状レーザビームを第１レー
ザビームに順次合成する、ことを特徴とする。
ビームをレーザビーム毎に径が順次変化するレーザビー
ムに変換するビーム径変換手段と、他のレーザビームの
各々に対応しレーザビーム毎に径が順次変化する開口部
をそれぞれ有する複数段のミラーと、を有し、各ミラー
の開口部は下段の合成レーザビームの径に一致し下段の
合成レーザビームの光軸と一致するようにミラーに対応
するレーザビームを円環状に反射して下段の合成レーザ
ビームと合成することにより、径が小さい円環状レーザ
ビームが径の大きい円環状レーザビームによって順次取
り巻かれるように複数の円環状レーザビームを第１レー
ザビームに順次合成する、ことを特徴とする。
【０００９】複数のレーザ光源から、中心のレーザビー
ム及びその外側に順次径が大きくなる円環状レーザビー
ムを生成して合成することにより、複数の励起用レーザ
ビームを効率よく合成することができる。従って、合成
レーザビームを集光レンズを介して固体レーザ媒質に照
射することで、出力ダイナミックレンジを大きい大出力
の固体レーザ媒質を励起することができる。
ム及びその外側に順次径が大きくなる円環状レーザビー
ムを生成して合成することにより、複数の励起用レーザ
ビームを効率よく合成することができる。従って、合成
レーザビームを集光レンズを介して固体レーザ媒質に照
射することで、出力ダイナミックレンジを大きい大出力
の固体レーザ媒質を励起することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明によるレーザビー
ム合成装置の第１実施形態を示す概略的構成図である。
ただし、図面を煩雑にしないために、以下、４個の励起
用半導体レーザを用いた構成を一例として説明する。
ム合成装置の第１実施形態を示す概略的構成図である。
ただし、図面を煩雑にしないために、以下、４個の励起
用半導体レーザを用いた構成を一例として説明する。
【００１１】レーザビーム合成装置１は、半導体レーザ
光源１１ａ〜１１ｄと、半導体レーザ光源１１ａ〜１１
ｃにそれぞれ対応して設けられたビーム径変換器１２ａ
〜１２ｃと、半導体レーザ光源１１ａ〜１１ｄにそれぞ
れ対応して設けられたミラー１３ａ〜１３ｄと、から構
成される。ミラー１３ａ〜１３ｃの各々には中央に円形
の開口部が形成されており、それら中央開口部の口径
は、後述するように、ミラー１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ
の順で小さくなるように形成されている。更に、ミラー
１３ａ〜１３ｄは、それぞれの中心軸を共通として互い
に平行に配置され、半導体レーザ光源１１ａ〜１１ｄか
らのレーザビームを同一中心軸に沿って円環状に合成す
る。
光源１１ａ〜１１ｄと、半導体レーザ光源１１ａ〜１１
ｃにそれぞれ対応して設けられたビーム径変換器１２ａ
〜１２ｃと、半導体レーザ光源１１ａ〜１１ｄにそれぞ
れ対応して設けられたミラー１３ａ〜１３ｄと、から構
成される。ミラー１３ａ〜１３ｃの各々には中央に円形
の開口部が形成されており、それら中央開口部の口径
は、後述するように、ミラー１３ａ、１３ｂ及び１３ｃ
の順で小さくなるように形成されている。更に、ミラー
１３ａ〜１３ｄは、それぞれの中心軸を共通として互い
に平行に配置され、半導体レーザ光源１１ａ〜１１ｄか
らのレーザビームを同一中心軸に沿って円環状に合成す
る。
【００１２】半導体レーザ光源１１ａ〜１１ｃから出力
されたレーザビーム１４ａ〜１４ｃは、それぞれビーム
径変換器１２ａ〜１２ｃによってビーム径が異なるレー
ザビーム１５ａ〜１５ｃに変換される。ビーム径は、レ
ーザビーム１５ａ、１５ｂ、１５ｃの順で小さくなる
が、それぞれ対応するミラー１３ａ〜１３ｃの中央開口
部の口径よりも大きく設定される。半導体レーザ光源１
１ｄから出力されたレーザビーム１４ｄは、そのままミ
ラー１３ｄでミラー１３ｃの方向へ反射される。
されたレーザビーム１４ａ〜１４ｃは、それぞれビーム
径変換器１２ａ〜１２ｃによってビーム径が異なるレー
ザビーム１５ａ〜１５ｃに変換される。ビーム径は、レ
ーザビーム１５ａ、１５ｂ、１５ｃの順で小さくなる
が、それぞれ対応するミラー１３ａ〜１３ｃの中央開口
部の口径よりも大きく設定される。半導体レーザ光源１
１ｄから出力されたレーザビーム１４ｄは、そのままミ
ラー１３ｄでミラー１３ｃの方向へ反射される。
【００１３】ミラー１３ｄで反射したレーザビーム１４
ｄはミラー１３ｃの中心開口部を通過し、レーザビーム
１５ｃは中央開口部をのぞいてミラー１３ｃによって反
射される。ミラー１３ｃとミラー１３ｄとは中心軸が共
通で平行配置されているから、レーザビーム１５ｃ及び
１４ｄは空間的に分離された２つの円環状のビームとし
てミラー１３ｃによって合成される。
ｄはミラー１３ｃの中心開口部を通過し、レーザビーム
１５ｃは中央開口部をのぞいてミラー１３ｃによって反
射される。ミラー１３ｃとミラー１３ｄとは中心軸が共
通で平行配置されているから、レーザビーム１５ｃ及び
１４ｄは空間的に分離された２つの円環状のビームとし
てミラー１３ｃによって合成される。
【００１４】同様に、ミラー１３ｂにより反射されたレ
ーザビーム１５ｂは、ミラー１３ｂの中央開口部を通過
するレーザビーム１４ｄ及び１５ｃの合成ビームと円環
状に合成される。更に、ミラー１３ａにより反射された
レーザビーム１５ａは、ミラー１３ａの中央開口部を通
るレーザビーム１４ｄ，１５ｃ及び１５ｂの合成ビーム
と円環状に合成される。このようにして最終的に１本の
円柱状ビーム１４ｄと３本の円環状ビームからなる合成
レーザビーム１６が得られる。
ーザビーム１５ｂは、ミラー１３ｂの中央開口部を通過
するレーザビーム１４ｄ及び１５ｃの合成ビームと円環
状に合成される。更に、ミラー１３ａにより反射された
レーザビーム１５ａは、ミラー１３ａの中央開口部を通
るレーザビーム１４ｄ，１５ｃ及び１５ｂの合成ビーム
と円環状に合成される。このようにして最終的に１本の
円柱状ビーム１４ｄと３本の円環状ビームからなる合成
レーザビーム１６が得られる。
【００１５】各レンズ系、ミラーのコーティング及び中
央開口径、及び反射ビーム径を最適に選択することによ
り、合成効率９０％程度の高い合成効率を実現すること
ができる。また、得られた合成レーザビーム１６の品質
は、元の半導体レーザ光源のコヒーレンスや指向性など
の特性をほぼ維持しているため、固体レーザ媒質を励起
したときの集光性の低下を避けることができる。
央開口径、及び反射ビーム径を最適に選択することによ
り、合成効率９０％程度の高い合成効率を実現すること
ができる。また、得られた合成レーザビーム１６の品質
は、元の半導体レーザ光源のコヒーレンスや指向性など
の特性をほぼ維持しているため、固体レーザ媒質を励起
したときの集光性の低下を避けることができる。
【００１６】なお、半導体レーザ光源としては、それぞ
れ単体の半導体レーザを使用してもよいが、多数のレー
ザビームを合成する場合には半導体レーザアレイあるい
は光ファイバを結合させた半導体レーザを用いることも
できる。
れ単体の半導体レーザを使用してもよいが、多数のレー
ザビームを合成する場合には半導体レーザアレイあるい
は光ファイバを結合させた半導体レーザを用いることも
できる。
【００１７】図２は、本発明によるレーザビーム合成装
置の第２実施形態を示す概略的構成図である。本実施形
態では、３個の励起用半導体レーザ光源１１ａ、１１ｃ
及び１１ｄを用いた例を示す。
置の第２実施形態を示す概略的構成図である。本実施形
態では、３個の励起用半導体レーザ光源１１ａ、１１ｃ
及び１１ｄを用いた例を示す。
【００１８】本実施形態が図１の第１実施形態と基本的
に異なる点は、ビーム変換器２１ａ及び２１ｃの構成
と、それらビーム変換器２１ａ及び２１ｃから出力する
レーザビーム２２ａ及び２２ｃである。本実施形態のビ
ーム変換器２１ａは１対の円錐ミラー２０１ａ及び２０
２ａで構成され、ビーム変換器２１ｃも同様に１対の円
錐ミラー２０１ｃ及び２０２ｃで構成される。なお、ミ
ラー１３ａ、１３ｃ及び１３ｄの構成及び配置は、第１
実施形態と同様である。
に異なる点は、ビーム変換器２１ａ及び２１ｃの構成
と、それらビーム変換器２１ａ及び２１ｃから出力する
レーザビーム２２ａ及び２２ｃである。本実施形態のビ
ーム変換器２１ａは１対の円錐ミラー２０１ａ及び２０
２ａで構成され、ビーム変換器２１ｃも同様に１対の円
錐ミラー２０１ｃ及び２０２ｃで構成される。なお、ミ
ラー１３ａ、１３ｃ及び１３ｄの構成及び配置は、第１
実施形態と同様である。
【００１９】半導体レーザ光源１１ａから出力したレー
ザビーム１４ａは、円錐ミラー２０１ａによって円盤状
に反射され、更に円錐ミラー２０２ａによって反射され
て円環状ビーム２２ａに変換される。同様に、半導体レ
ーザ光源１１ｃから出力したレーザビーム１４ｃは、円
錐ミラー２０１ｃ及び円錐ミラー２０２ｃによって反射
されて円環状ビーム２２ｃに変換される。半導体レーザ
光源１１ｄから出力されたレーザビーム１４ｄは、その
ままミラー１３ｄでミラー１３ｃの方向へ反射される。
ザビーム１４ａは、円錐ミラー２０１ａによって円盤状
に反射され、更に円錐ミラー２０２ａによって反射され
て円環状ビーム２２ａに変換される。同様に、半導体レ
ーザ光源１１ｃから出力したレーザビーム１４ｃは、円
錐ミラー２０１ｃ及び円錐ミラー２０２ｃによって反射
されて円環状ビーム２２ｃに変換される。半導体レーザ
光源１１ｄから出力されたレーザビーム１４ｄは、その
ままミラー１３ｄでミラー１３ｃの方向へ反射される。
【００２０】ミラー１３ｄで反射したレーザビーム１４
ｄはミラー１３ｃの中心開口部を通過し、円環状レーザ
ビーム２２ｃはミラー１３ｃによって反射される。ミラ
ー１３ｃとミラー１３ｄとは中心軸が共通で平行配置さ
れているから、円環状レーザビーム２２ｃとレーザビー
ム１４ｄは空間的に分離された２つの円環状のビームと
してミラー１３ｃによって合成される。同様に、ミラー
１３ａにより反射された円環状レーザビーム２２ａは、
ミラー１３ａの中央開口部を通るレーザビーム１４ｄ及
び２２ｃの合成ビームと円環状に合成される。このよう
にして最終的に１本の円柱状ビーム１４ｄと２本の円環
状ビーム２２ａ及び２２ｃとからなる合成レーザビーム
２３が得られる。
ｄはミラー１３ｃの中心開口部を通過し、円環状レーザ
ビーム２２ｃはミラー１３ｃによって反射される。ミラ
ー１３ｃとミラー１３ｄとは中心軸が共通で平行配置さ
れているから、円環状レーザビーム２２ｃとレーザビー
ム１４ｄは空間的に分離された２つの円環状のビームと
してミラー１３ｃによって合成される。同様に、ミラー
１３ａにより反射された円環状レーザビーム２２ａは、
ミラー１３ａの中央開口部を通るレーザビーム１４ｄ及
び２２ｃの合成ビームと円環状に合成される。このよう
にして最終的に１本の円柱状ビーム１４ｄと２本の円環
状ビーム２２ａ及び２２ｃとからなる合成レーザビーム
２３が得られる。
【００２１】各ミラーのコーティング、中央開口径、及
び反射ビーム径を最適に選択することにより、合成効率
９５％程度の高い合成効率を実現することができた。第
１実施形態より高い合成効率が得られたのは、ビーム変
換器２１ａ及び２１ｃによって円環状のビームを生成し
たために、ミラー１３ａ及び１３ｃの中央開口部に起因
する合成損失が低減したからである。また、第１実施形
態と同様に、得られた合成レーザビーム２３の品質は、
元の半導体レーザ光源のコヒーレンスや指向性などの特
性をほぼ維持しているため、固体レーザ媒質を励起した
ときの集光性の低下を避けることができる。
び反射ビーム径を最適に選択することにより、合成効率
９５％程度の高い合成効率を実現することができた。第
１実施形態より高い合成効率が得られたのは、ビーム変
換器２１ａ及び２１ｃによって円環状のビームを生成し
たために、ミラー１３ａ及び１３ｃの中央開口部に起因
する合成損失が低減したからである。また、第１実施形
態と同様に、得られた合成レーザビーム２３の品質は、
元の半導体レーザ光源のコヒーレンスや指向性などの特
性をほぼ維持しているため、固体レーザ媒質を励起した
ときの集光性の低下を避けることができる。
【００２２】図３は、本発明によるレーザビーム合成装
置の第３実施形態を示す概略的構成図である。本実施形
態では、図１に示す第１実施形態のレーザビーム合成装
置１を３つ用意し、それぞれの合成レーザビーム１６を
ビーム径変換器３１ａ〜３１ｃとミラー３２ａ〜３２ｃ
を用いて更に合成する。ミラー３２ａ〜３２ｃは、図１
の第１実施形態のミラー１３ａ〜１３ｄと同様の構成を
有し、同様に配置されている。言い換えれば、本実施形
態は、図１の第１実施形態のレーザ光源をそれぞれ第１
実施形態のレーザビーム合成装置で置き換えた構成とな
っている。
置の第３実施形態を示す概略的構成図である。本実施形
態では、図１に示す第１実施形態のレーザビーム合成装
置１を３つ用意し、それぞれの合成レーザビーム１６を
ビーム径変換器３１ａ〜３１ｃとミラー３２ａ〜３２ｃ
を用いて更に合成する。ミラー３２ａ〜３２ｃは、図１
の第１実施形態のミラー１３ａ〜１３ｄと同様の構成を
有し、同様に配置されている。言い換えれば、本実施形
態は、図１の第１実施形態のレーザ光源をそれぞれ第１
実施形態のレーザビーム合成装置で置き換えた構成とな
っている。
【００２３】ビーム合成ユニット１ａ〜１ｃは、それぞ
れビーム径変換器３１ａ〜３１ｃにより異なるビーム径
に調整され、上述したようにミラー３２ａ〜３２ｃで合
成され、最終的に多数の円環状レーザビームからなるレ
ーザビーム３３に合成される。この構成により、１０Ｗ
から１０００Ｗ程度の広い出力幅を有する大出力固体レ
ーザを励起するための光源を、ビーム合成ユニット（１
ａ、１ｂ、１ｃ）の個数を増減するだけの簡単な設計変
更で得ることができる。
れビーム径変換器３１ａ〜３１ｃにより異なるビーム径
に調整され、上述したようにミラー３２ａ〜３２ｃで合
成され、最終的に多数の円環状レーザビームからなるレ
ーザビーム３３に合成される。この構成により、１０Ｗ
から１０００Ｗ程度の広い出力幅を有する大出力固体レ
ーザを励起するための光源を、ビーム合成ユニット（１
ａ、１ｂ、１ｃ）の個数を増減するだけの簡単な設計変
更で得ることができる。
【００２４】なお、第３実施形態におけるビーム合成ユ
ニットは、図１に示す第１実施形態のレーザビーム合成
装置１を用いたが、図２に示す第２実施形態のレーザビ
ーム合成装置２を用いることで更に合成効率を高めるこ
ともできる。
ニットは、図１に示す第１実施形態のレーザビーム合成
装置１を用いたが、図２に示す第２実施形態のレーザビ
ーム合成装置２を用いることで更に合成効率を高めるこ
ともできる。
【００２５】図４は、第２実施形態で使用されるビーム
変換器の第２例である円錐レンズの側面図である。１つ
の半導体レーザから出力された１本のレーザビーム１４
は、円錐レンズ４１により円環状レーザビーム４２に変
換される。１つのレンズで円環状レーザビームを得るこ
とができるために、ビーム変換器の構成が簡単となり、
調整も容易になる。
変換器の第２例である円錐レンズの側面図である。１つ
の半導体レーザから出力された１本のレーザビーム１４
は、円錐レンズ４１により円環状レーザビーム４２に変
換される。１つのレンズで円環状レーザビームを得るこ
とができるために、ビーム変換器の構成が簡単となり、
調整も容易になる。
【００２６】図５は、第２実施形態で使用されるビーム
変換器の第３例である円錐レンズ系の側面図である。こ
のビーム変換器５１は、１対の凹円錐レンズ及び凸円錐
レンズから構成される。１つの半導体レーザから出力さ
れた１本のレーザビーム１４は、凹円錐レンズにより円
錐環状レーザビームに変換され、更に凸円錐レンズによ
り円環状レーザビーム５２に変換される。
変換器の第３例である円錐レンズ系の側面図である。こ
のビーム変換器５１は、１対の凹円錐レンズ及び凸円錐
レンズから構成される。１つの半導体レーザから出力さ
れた１本のレーザビーム１４は、凹円錐レンズにより円
錐環状レーザビームに変換され、更に凸円錐レンズによ
り円環状レーザビーム５２に変換される。
【００２７】図６は、本発明によるレーザビーム合成装
置の第４実施形態を示す概略的構成図である。本実施形
態は、集光レンズアレイ６１ａ〜６１ｃと、２枚の平行
ミラー６２及び６５からなるファブリーペロー共振器
と、その中に配置されたコリメートレンズ６３ａ〜６３
ｃ及びビーム変換器６４ａ及び６４ｂとから構成され
る。レーザビーム１４ｄを除くレーザビーム１４ａ〜１
４ｃは、レンズアレイ６１ａ〜６１ｃによってそれぞれ
ミラー６２上に集光する。ミラー６２には、それら集光
位置に開口部６０１ａ〜６０１ｃが設けられ、集光した
レーザビーム１４ａ〜１４ｃを通過させる。通過したレ
ーザビーム１４ａ〜１４ｃは、コリメートレンズ６３ａ
〜６３ｃによってそれぞれ平行光に変換される。
置の第４実施形態を示す概略的構成図である。本実施形
態は、集光レンズアレイ６１ａ〜６１ｃと、２枚の平行
ミラー６２及び６５からなるファブリーペロー共振器
と、その中に配置されたコリメートレンズ６３ａ〜６３
ｃ及びビーム変換器６４ａ及び６４ｂとから構成され
る。レーザビーム１４ｄを除くレーザビーム１４ａ〜１
４ｃは、レンズアレイ６１ａ〜６１ｃによってそれぞれ
ミラー６２上に集光する。ミラー６２には、それら集光
位置に開口部６０１ａ〜６０１ｃが設けられ、集光した
レーザビーム１４ａ〜１４ｃを通過させる。通過したレ
ーザビーム１４ａ〜１４ｃは、コリメートレンズ６３ａ
〜６３ｃによってそれぞれ平行光に変換される。
【００２８】このような構成において、レーザビーム１
４ａ〜１４ｄのうちレーザビーム１４ｄ以外のレーザビ
ームは、レンズアレイ６１ａ〜６１ｃによりミラー６２
の各開口部６０１ａ〜６０１ｃにそれぞれ集光される。
そして、各開口部を通過したレーザビームは、それぞれ
コリメートレンズ６３ａ〜６３ｃで平行光に戻される。
一方、レーザビーム１４ｄはファブリーペロー共振器に
対し斜めに入射する。その入射角は、ミラー６５で反射
されたビームの光軸がレーザビーム１４ｃの集光点に一
致するような角度に設定される。
４ａ〜１４ｄのうちレーザビーム１４ｄ以外のレーザビ
ームは、レンズアレイ６１ａ〜６１ｃによりミラー６２
の各開口部６０１ａ〜６０１ｃにそれぞれ集光される。
そして、各開口部を通過したレーザビームは、それぞれ
コリメートレンズ６３ａ〜６３ｃで平行光に戻される。
一方、レーザビーム１４ｄはファブリーペロー共振器に
対し斜めに入射する。その入射角は、ミラー６５で反射
されたビームの光軸がレーザビーム１４ｃの集光点に一
致するような角度に設定される。
【００２９】こうして、ミラー６２の開口部６０１ｃ部
分で反射されたレーザビーム１４ｄと、コリメートレン
ズ６３ｃで平行光に戻されたレーザビーム１４ｃとは合
成され、その合成ビームはビーム径変換器６４ｂにより
ビーム径を拡大される。同様に、この拡大された合成レ
ーザビームと、コリメートレンズ６３ｂで平行光に戻さ
れたレーザビーム１４ｂとは合成され、その合成ビーム
はビーム径変換器６４ａによりビーム径を拡大される。
そして最終的には、入射するレーザビーム１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄは多数の円環状レーザビームからな
るレーザビーム６６に合成される。本実施形態では、９
０％以上のビーム合成効率が得られる。
分で反射されたレーザビーム１４ｄと、コリメートレン
ズ６３ｃで平行光に戻されたレーザビーム１４ｃとは合
成され、その合成ビームはビーム径変換器６４ｂにより
ビーム径を拡大される。同様に、この拡大された合成レ
ーザビームと、コリメートレンズ６３ｂで平行光に戻さ
れたレーザビーム１４ｂとは合成され、その合成ビーム
はビーム径変換器６４ａによりビーム径を拡大される。
そして最終的には、入射するレーザビーム１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄは多数の円環状レーザビームからな
るレーザビーム６６に合成される。本実施形態では、９
０％以上のビーム合成効率が得られる。
【００３０】図７は、第１実施形態によるレーザビーム
合成装置を用いた固体レーザ装置の一例を示す概略的構
成図である。この固体レーザ装置では、固体レーザ媒質
を端面から励起する構成が採用されている。レーザビー
ム合成装置１から出力された合成レーザビーム１６は集
光レンズ７１によって集光され、固体レーザ共振器へ入
力する。固体レーザ共振器は、励起ビームを透過しレー
ザ発振光を反射するダイクロイック鏡７２と、出力ミラ
ー７３と、それらに挟まれた固体レーザ媒質７４と、か
らなる。このような構成において、合成レーザビーム１
６を集光レンズ７１を用いて固体レーザ媒質７４の端面
から入射させると、出力鏡７３を透過してレーザ発振光
７５が出力される。
合成装置を用いた固体レーザ装置の一例を示す概略的構
成図である。この固体レーザ装置では、固体レーザ媒質
を端面から励起する構成が採用されている。レーザビー
ム合成装置１から出力された合成レーザビーム１６は集
光レンズ７１によって集光され、固体レーザ共振器へ入
力する。固体レーザ共振器は、励起ビームを透過しレー
ザ発振光を反射するダイクロイック鏡７２と、出力ミラ
ー７３と、それらに挟まれた固体レーザ媒質７４と、か
らなる。このような構成において、合成レーザビーム１
６を集光レンズ７１を用いて固体レーザ媒質７４の端面
から入射させると、出力鏡７３を透過してレーザ発振光
７５が出力される。
【００３１】図８は、第１実施形態によるレーザビーム
合成装置を用いた固体レーザ装置の他の例を示す概略的
構成図である。この固体レーザ装置では、固体レーザ媒
質を側面から励起する構成が採用されている。この装置
は、合成レーザビーム１６を集光レンズ７１を介して固
体レーザ媒質７４の側面に集光照射し、レーザ発振光７
５を得るものである。
合成装置を用いた固体レーザ装置の他の例を示す概略的
構成図である。この固体レーザ装置では、固体レーザ媒
質を側面から励起する構成が採用されている。この装置
は、合成レーザビーム１６を集光レンズ７１を介して固
体レーザ媒質７４の側面に集光照射し、レーザ発振光７
５を得るものである。
【００３２】なお、図７及び図８の固体レーザ装置にお
けるレーザビーム合成装置は、図２、図３及び図６にそ
れぞれ示す実施形態でもよいことは明白である。
けるレーザビーム合成装置は、図２、図３及び図６にそ
れぞれ示す実施形態でもよいことは明白である。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、複数のレーザ光源から
出射された指向性レーザビームを円環状に合成するの
で、レーザビーム合成効率を高めることができる。特
に、レーザ光源の段数を増やすだけで、所望出力の励起
用レーザビームを得ることができる。また、この合成レ
ーザビームを用いて固体レーザの励起を行うと、高効率
で高出力な固体レーザ装置を達成することができる。
出射された指向性レーザビームを円環状に合成するの
で、レーザビーム合成効率を高めることができる。特
に、レーザ光源の段数を増やすだけで、所望出力の励起
用レーザビームを得ることができる。また、この合成レ
ーザビームを用いて固体レーザの励起を行うと、高効率
で高出力な固体レーザ装置を達成することができる。
【図１】本発明によるレーザビーム合成装置の第１実施
形態を示す概略的構成図である。
形態を示す概略的構成図である。
【図２】本発明によるレーザビーム合成装置の第２実施
形態を示す概略的構成図である。
形態を示す概略的構成図である。
【図３】本発明によるレーザビーム合成装置の第３実施
形態を示す概略的構成図である。
形態を示す概略的構成図である。
【図４】円錐レンズからなるビーム変換器の一例を示す
側面図である。
側面図である。
【図５】凹凸円錐レンズからなるビーム変換器の他の例
を示す側面図である。
を示す側面図である。
【図６】本発明によるレーザビーム合成装置の第４実施
形態を示す概略的構成図である。
形態を示す概略的構成図である。
【図７】第１実施形態を用いた固体レーザ装置の一例を
示す概略的構成図である。
示す概略的構成図である。
【図８】第１実施形態を用いた固体レーザ装置の他の例
を示す構成図である。
を示す構成図である。
１１ａ〜１１ｄ 半導体レーザ光源 １２ａ〜１２ｃ ビーム径変換器 １３ａ〜１３ｄ ミラー １４ａ〜１４ｄ レーザビーム １６ 合成レーザビーム ２１ａ、２１ｃ ビーム変換器 ２２ａ、２２ｃ 円環状レーザビーム ２３ 合成レーザビーム
Claims (11)
- 【請求項１】 複数のレーザビームを合成する装置にお
いて、 第１レーザビームを一定方向に反射する第１反射手段
と、 前記第１レーザビームを除く他のレーザビームをレーザ
ビーム毎に径が順次変化する円環状レーザビームに変換
するビーム変換手段と、 前記径が小さい円環状レーザビームが前記径の大きい円
環状レーザビームによって順次取り巻かれるように、前
記複数の円環状レーザビームを前記第１レーザビームに
順次合成するビーム合成手段と、 からなることを特徴とするレーザビーム合成装置。 - 【請求項２】 前記ビーム変換手段は、 円錐頂点を光軸として入射する前記レーザビームを円錐
の外側面によって反射する第１円錐ミラーと、 前記第１円錐ミラーの反射光を円錐の内側面によって反
射し前記円環状レーザビームを出射する第２円錐ミラー
と、 からなることを特徴とする請求項１記載のレーザビーム
合成装置。 - 【請求項３】 前記ビーム変換手段は円錐レンズからな
ることを特徴とする請求項１記載のレーザビーム合成装
置。 - 【請求項４】 前記ビーム変換手段は、前記レーザビー
ムを円錐頂点を光軸として入射する第１円錐端面と前記
円環状レーザビームを出射する第２円錐端面とを有する
円錐レンズからなることを特徴とする請求項３記載のレ
ーザビーム合成装置。 - 【請求項５】 前記ビーム変換手段は、 前記レーザビームが直角に入射する第１平面端と、円錐
頂点を光軸として円錐環状レーザビームを出射する凹円
錐端と、からなる第１円錐レンズと、 前記円錐環状レーザビームが円錐頂点を光軸として入射
する凸円錐端と、前記円環状レーザビームを出射する第
２平面端と、からなる第２円錐レンズと、 からなることを特徴とする請求項３記載のレーザビーム
合成装置。 - 【請求項６】 前記ビーム合成手段は前記他のレーザビ
ームの各々に対応した複数段のミラーからなり、前記ミ
ラーの各々は下段の合成レーザビームの径に一致する開
口部が設けられ、前記下段の合成レーザビームの光軸と
一致するように、前記ミラーに対応するレーザビームを
円環状に反射して前記下段の合成レーザビームと合成す
る、ことを特徴とする請求項１記載のレーザービーム合
成装置。 - 【請求項７】 複数のレーザビームを合成する装置にお
いて、 第１レーザビームを一定方向に反射する第１反射手段
と、 前記第１レーザビームを除く他のレーザビームをレーザ
ビーム毎に径が順次変化するレーザビームに変換するビ
ーム径変換手段と、 前記他のレーザビームの各々に対応し、径がレーザビー
ム毎に順次変化する開口部をそれぞれ有する複数段のミ
ラーと、 からなり、 前記各ミラーの前記開口部は下段の合成レーザビームの
径に一致し、前記下段の合成レーザビームの光軸と一致
するように前記ミラーに対応するレーザビームを円環状
に反射して前記下段の合成レーザビームと合成すること
により、前記径が小さい円環状レーザビームが前記径の
大きい円環状レーザビームによって順次取り巻かれるよ
うに複数の円環状レーザビームを前記第１レーザビーム
に順次合成する、ことを特徴とするレーザビーム合成装
置。 - 【請求項８】 前記ビーム径変換手段は、複数のレンズ
径からなることを特徴とする請求項７記載のレーザビー
ム合成装置。 - 【請求項９】 複数のレーザビームを合成する装置にお
いて、 前記複数のレーザビームを一定方向に反射する第１反射
手段と、 前記第１反射手段と平行に配置され、前記第１レーザビ
ームを除く他のレーザビームをそれぞれ通過させる多段
の開口部が設けられた第２反射手段と、 前記第１及び第２反射手段の間に設けられ、前記第２反
射手段を通過した前記他のレーザビームと、前記第１反
射手段によって反射され更に前記開口部を有する前記第
２反射手段によって反射された下段のレーザビームと、
を円環状に合成するビーム合成手段と、 前記ビーム合成手段の出力レーザビームの径を拡大する
ビーム径拡大手段と、 からなることを特徴とするレーザビーム合成装置。 - 【請求項１０】 前記第２反射手段に設けられた多段の
開口部は、前記他のレーザビームの各々を集光する複数
の第１集光レンズの焦点位置に設けられていることを特
徴とする請求項９記載のレーザビーム合成装置。 - 【請求項１１】 前記第１集光レンズにより集光され前
記第２反射手段の前記開口部を通過した前記他のレーザ
ビームの各々を平行光に変換する複数のコリメートレン
ズを更に有することを特徴とする請求項１０記載のレー
ザビーム合成装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21411795A JPH0943537A (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | レーザビーム合成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21411795A JPH0943537A (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | レーザビーム合成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0943537A true JPH0943537A (ja) | 1997-02-14 |
Family
ID=16650521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP21411795A Pending JPH0943537A (ja) | 1995-07-31 | 1995-07-31 | レーザビーム合成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0943537A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2402230A (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-01 | Xsil Technology Ltd | Focusing laser beams to different points |
| JP5603992B1 (ja) * | 2013-10-29 | 2014-10-08 | 川崎重工業株式会社 | レーザビーム合成装置 |
| JP2016075786A (ja) * | 2014-10-06 | 2016-05-12 | 川崎重工業株式会社 | レーザビーム合成装置 |
| JP2023505852A (ja) * | 2019-12-12 | 2023-02-13 | ヒルティ アクチエンゲゼルシャフト | 手持ち工具 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60153024A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-08-12 | アルファ・ランシア・インダストリアレ・ソチエタ・ペル・アチオニ | レ−ザビ−ムを融通自在に構成するためのシステム |
| JPH02222918A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | ビーム形状変換装置 |
| JPH05111786A (ja) * | 1991-10-22 | 1993-05-07 | Toshiba Corp | レーザ光合成装置 |
-
1995
- 1995-07-31 JP JP21411795A patent/JPH0943537A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60153024A (ja) * | 1983-12-20 | 1985-08-12 | アルファ・ランシア・インダストリアレ・ソチエタ・ペル・アチオニ | レ−ザビ−ムを融通自在に構成するためのシステム |
| JPH02222918A (ja) * | 1989-02-23 | 1990-09-05 | Fuji Photo Film Co Ltd | ビーム形状変換装置 |
| JPH05111786A (ja) * | 1991-10-22 | 1993-05-07 | Toshiba Corp | レーザ光合成装置 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2402230A (en) * | 2003-05-30 | 2004-12-01 | Xsil Technology Ltd | Focusing laser beams to different points |
| GB2402230B (en) * | 2003-05-30 | 2006-05-03 | Xsil Technology Ltd | Focusing an optical beam to two foci |
| US7858901B2 (en) | 2003-05-30 | 2010-12-28 | Electro Scientific Industries, Inc. | Focusing an optical beam to two foci |
| JP5603992B1 (ja) * | 2013-10-29 | 2014-10-08 | 川崎重工業株式会社 | レーザビーム合成装置 |
| WO2015064017A1 (ja) | 2013-10-29 | 2015-05-07 | 川崎重工業株式会社 | レーザビーム合成装置 |
| EP3064986A4 (en) * | 2013-10-29 | 2017-07-26 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Laser-beam synthesis device |
| US9746681B2 (en) | 2013-10-29 | 2017-08-29 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Laser beam combining device |
| EP3470910A1 (en) | 2013-10-29 | 2019-04-17 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Laser-beam synthesis device |
| JP2016075786A (ja) * | 2014-10-06 | 2016-05-12 | 川崎重工業株式会社 | レーザビーム合成装置 |
| JP2023505852A (ja) * | 2019-12-12 | 2023-02-13 | ヒルティ アクチエンゲゼルシャフト | 手持ち工具 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19971216 |